无线传感器网络中四元无线声阵列节点选择及目标定位算法

低成本、小型化的无线声传感器网络（WASN）的每个节点只配备一个麦克风而非麦克风阵列,针对随机抛撒的WASN区域外声源目标定位问题,依据声压衰减模型和几何定位机制,提出了四节点无线声阵列声源定位算法。在此基础上分析了声音衰减系数和阵列形状对定位精度的影响,进而选择以Y型阵列作为感知模型,当Y型阵列的中轴线与目标声源的夹角为60°～100°时,定位误差小于1 m. 依据仿真结果提出节点选择算法并进行了Y型阵列目标定位实验,结果表明,Y型无线声传感器阵列满足对无线传感器网络（WSN）抛撒区域外50 m处目标的预警需求。低成本、小型化的无线声传感器网络（WASN）的每个节点只配备一个麦克风而非麦克风阵列,针对随机抛撒的WASN区域外声源目标定位问题,依据声压衰减模型和几何定位机制,提出了四节点无线声阵列声源定位算法。在此基础上分析了声音衰减系数和阵列形状对定位精度的影响,进而选择以Y型阵列作为感知模型,当Y型阵列的中轴线与目标声源的夹角为60°～100°时,定位误差小于1 m. 依据仿真结果提出节点选择算法并进行了Y型阵列目标定位实验,结果表明,Y型无线声传感器阵列满足对无线传感器网络（WSN）抛撒区域外50 m处目标的预警需求。     

基于超声波的雷场节点分区域识别定位方法

雷场会因敌方排雷、扫雷等异常情况造成缺口,而雷场变化应急最直接、最快的办法是对节点周围的相邻节点的掌控与定位.鉴于当前利用光学、无线电进行雷场节点定位研究较多而未见声定位报道,提出了一种基于超声波的雷场节点分区域识别定位方法.该方法采用多个超声波传感器在节点上按照一定规律的排布,通过分区域识别判断声源所在方位,同时利用声学和无线传输相结合的渡越时间测距法进行定位辅助.实验验证了该定位方法的有效性及其适用范围.     

声测技术的新发展

利用声波探测陆地上的目标并定向定位最早可追溯到第一次世界大战,因此声测技术从原理上讲并不是一门新技术。以往声测技术在陆地战场上的主要应用是利用敌方火炮射击时产生的炮声来侦察敌炮位置。由于声测技术利用了声波原理并以被动方式工作,因而具有如下特点:1)不受视线和能见度的限制,可以侦察到遮蔽物后的声源;     

亚音速空中运动目标被动声探测定位系统研究

叙述了空中被动声探测定位系统的工作原理，给出了系统的数据采集电路原理图，并采用了切比雪夫滤波器进行软滤波，得到目标信号。通过相关分析，求取不同传声器间的时延，利用几何关系求解目标的位置。计算机模拟结果表明，此系统能较好地探测低空运动目标，并实现定位。     

声定位系统中的弹道波信号分析及弹道矢量计算

轻武器射击点的声定位系统中,准确获取弹道波信号、枪口冲击波信号的时间特征值是实现精确定位的关键.根据空气动力学原理,在阐述超音速弹丸的弹道(激)波特性的基础上,通过详细分析实测的声信号,提出了弹道波信号和枪口冲击波信号的小波分解和重构方法,提取了利用正四面体探测基阵进行声源定位和弹道矢量计算的特征参数,获得了满意的实验结果.另外还研究了利用正四面体探测基阵确定射击点空间位置坐标和弹道矢量的计算方法.     

基于ZigBee的被动声探测数据采集系统

在战场探测目标应用中,被动声探测技术有其独特的优势,能够有效的弥补其他探测方式的不足。针对被动声探测系统依靠有线数据传输的灵活性低、复杂度高等问题,设计了基于ZigBee的被动声探测数据采集系统。利用CC2530作为无线传输模块芯片,并通过SPI与信号采集和处理芯片TMS320LF2407连接。在CC2530中使用了TI公司提供的SimpliciTI协议堆栈进行软件设计,将探测结果传回接收端连接的1602液晶显示。实测结果表明本系统能够稳定无误的传输目标探测信息并实时地传回接收端。     

基于TMSS320C32的多路声信号实时采集与处理系统

介绍了反武装直升机被动声定位跟踪系统中直升噪声信号实时采集与处理系统的设计，该系统由双CPU并行式结构的两个子系统构成，基于单片机AT89C51的数据采集子系统完成对多路声信号的同步采集，并把数字信号保存到片外共享存储器中，基于TMS320C32DSP的声信号处理子系统从共享存储器中取出采集数据进行高速处理，得到定位跟踪结果，由于数据采集与信号处理分别由不同的微处理器完成，可以同时进行，不同于以往的采集一段数据，处理一段数据的串行工作模式，提高了系统的响应速度与整体性能。     

液压声源数据采集系统设计

反水雷技术中非接触式声扫雷需要设计宽频带的声源。声源的设计需要采集声源系统中膜板的振动数据,以便分析设计的声源是否达到指标要求。选用IL-030型Keyence激光位移传感器测试振动位移,阿尔泰USB2811数据采集卡采集振动位移数据,设计和实现了数据采集系统。系统中需要实时采集和显示振动数据,使用线程同步和DirectX绘图技术,达到设计要求。该声源采集系统安装简单、使用方便,采集到的数据能够满足后续分析的要求,具有采集频率高、精度高的特点。     

被动声定位系统的计算机仿真

讨论了声探测引信跟踪定位系统的工作原理。设计了对系统进行仿真的方法，给出随机噪声产生的方法。验证了系统中传声器阵列布阵方法，时延估计的精度，定位算法和卡尔曼滤波器的精度、统计试验表明，该系统能够给出满意的目标坐标，并能够跟上目标的机动。     

基于首达波与次达波到达时差的深海浅层移动声源定位

为克服海洋环境不确定性、信号接收及处理偶然误差对定位精度的影响,基于单水听器多途声到达时差,利用扩展卡尔曼滤波（EKF）算法对深海浅层移动声源进行定位研究。结合Butterworth带 通滤波算法及Bellhop射线模型识别水声试验数据中的多途到达波,对比分析各到达波间的相对能量大小,并确定信噪比较大的首达波与次达波为研究对象;以单频信号作为匹配序列,计算时域相关性大小,得到首达波与次达波的声到达时差;以首达波与次达波的声到达时差为观测值,构建EKF声源定位模型,得到移动声源的深度、水平距离及速度等信息。研究结果表明：在深海水声信道中,当声源和水听器都位于浅表水层时,直达波与海面反射波重合,首达波与第1次 海底反射波能量相对较大;滤波结果与实测数据吻合较好,验证了EKF算法可较好地实现对水下移动目标定位。     

基于分布式时间反转处理技术的水下节点网络物理层方案研究

时间反转处理技术可以在不需要传感器阵列结构等先验知识的条件下,在非均匀介质中实现声束的自适应聚焦,应用于水声通信时,可以减轻由多径传播所引起的码间干扰,提高通信速率。传统的时间反转技术均需要一个垂直线列阵作为时反镜,增加了节点复杂度及成本,本文所提出的基于分布式时间反转法通信的网络物理层方案,充分利用网络中多个独立节点的自身资源,组成分布式时间反转镜,在保留传统时间反转法通信优良特性的前提下,不需要再设置垂直线列阵,降低了节点复杂度及成本,兼顾了网络通信速率、节点复杂度以及信息传输保密性的需求。利用海洋环境实测数据得到的仿真试验结果表明,提出的基于分布式时反技术的水下节点网络物理层可聚焦多径信号,减轻多径传播带所引起的码间干扰,其性能与传统时反法相当,若联合判决反馈均衡器则可进一步提高系统性能。     

具有开窗ロ功能的高帧频面阵CCD时序驱动研究

随着机器视觉技术的不断发展和光电检测领域实际需要的变化，在许多检测环境下要帧频非常高的面阵CCD相机系统。而市面上常见的科学级相机帧频大都在几十赫兹，这对于环检测带宽要求非常高的系统来说远远不够。能否大幅提高检测环节的带宽，成为闭环检测系能否实现的关键。针对这样的情况，研制了具有“开窗口”功能的面阵CCD相机，该技术通过减输出像元个数，只输出包含有检测信息的有效像元信号，从而缩短水平位移输出时间，最终提高相机的帧频。本文阐述了使用面阵CCD TC237来实现开窗口功能的时序驱动方法及其对帧频响的研究。根据窗口开设的大小和位置的不同，帧频可以提高到几百至几千赫兹。     

基于地面坐标系偏置法的导弹制导半实物仿真目标模拟能力拓展方法

针对在导弹制导半实物仿真试验中目标模拟能力受阵列视场角范围限制的问题,引入虚拟地面坐标系,将原本与实验室坐标系重合的地面坐标系偏置后进行半实物仿真试验。详细推导了转台姿态和阵列上目标辐射位置的变换方法,给出了地面坐标系偏置角度的确定原则,并针对地面坐标系只在方位上进行旋转的情形进行了讨论。仿真结果表明,应用地面坐标系偏置法可突破阵列视场角范围对目标角位置模拟的限制,有效的拓展了导弹制导半实物仿真系统的目标模拟能力。     

矢量水听器相关性噪声的数值仿真方法

矢量水听器阵列优化设计、性能分析和信号处理系统仿真中,需要知道阵列输出噪声的协方差矩阵等信息。分析了各向同性噪声场中矢量水听器的相关性,得出了矢量水听器的自相关和互相关函数的一般表达式。结合概率分析,给出了一种简单的各向同性噪声场的数值仿真方法。仿真结果表明,文中所给方法产生的矢量水听器噪声的相关性与理论值吻合良好,可为矢量水听器阵列的优化设计和矢量阵列信号处理系统的仿真分析提供准确的数值噪声。     

一种适用于激光引信的激光扩束整形光学系统

介绍一种适用于线阵激光器光束扩束整形的光学系统设计方案。内容包括用途简述、研究思路、设计难点、解决方法及仿真测试结果。本光学系统主要用于激光主动探测系统的光源整形发射,运用到光学设计中的非球面、反射、折射、全反射等理论。可实现线阵激光器光束大视野角扩散,光束在视野角内扩散后能量分布按实际需求达到两边高、中间低,弥补使用中边缘视野比中间视野距离目标更远、探测性能降低的实际情况。     

基于舰船电场的目标跟踪方法研究

针对舰船电场跟踪中模型准确度与跟踪模型维度之间的矛盾,以舰船电场点电荷阵列模型为基础,结合舰船电场反演算法,分析点电荷个数、观测点水深对建模精度的影响。明确观测点位置对点电荷数量的最少需求,在保证建模精度的同时降低跟踪滤波器的维度,保证滤波算法的稳定性。设计了舰船电场跟踪渐进更新扩展卡尔曼滤波器,并进行了仿真分析和试验验证。结果表明：用少量点电荷模型代替复杂舰船电场点电荷阵列模型,在舰船电场跟踪中是可行的,具有较高的跟踪精度;渐进更新扩展卡尔曼滤波方法对少量点电荷电场模型,能够有效提高初始误差容错范围,具有很高的滤波稳定性,定位误差在500 m范围内小于10 m,且计算代价较低,适合舰船电场跟踪的工程应用。     

舰船地磁独立导航系统

针对常用地球主磁场模型误差较大的问题,用描述小尺度区域下地壳异常场的矩谐模型代替,设计一种舰船地磁独立导航系统。将水面舰船的运动方程与矩谐模型表示的观测方程结合起来,构成独立导航系统。同时为了避免引入截断误差,采用无迹卡尔曼滤波算法。仿真结果显示:该导航系统有足够高的精度,位置误差不超过2 m,可以作为一种独立的导航方式使用。     

基于DSP的自行火炮数字交流随动系统设计

介绍了1种以自行火炮随动系统为背景,以永磁同步电机为执行元件的数字交流伺服系统的总体设计方案。该系统以矢量控制为理论基础,采用基于转子磁场定向的控制策略,选用DSP芯片TMS320F2812为控制核心构成全数字矢量控制伺服系统。针对随动系统工作电流大的特点,采用MOSFET器件构成功率逆变电路,实现大电流控制。仿真试验表明,系统具有较好的动态性能。     

光纤光栅水听器拖曳线列阵湖上动态拖曳试验研究

为评估光纤光栅水听器拖曳线列阵基本声学性能及其抗加速度和抗流噪声能力，研制了光纤光栅水听器拖曳线列阵湖试样阵。详细描述了光纤光栅水听器拖曳线列阵湖试样阵的结构，介绍了光纤光栅水听器拖曳线列阵湖上动态拖曳试验系统组成、试验方法和结果，分析了试验数据，试验结果显示超细缆径的光纤光栅水听器拖曳线列阵在动态拖曳条件下，接收的单频信号具有40dB左右的信噪比，展现了在鱼雷等小平台上实现拖曳指导的应用前景。     

基于FPGA的大规模矩阵开关设计

高效、可靠的矩阵开关模块是测试系统实现通用性的关键，本文介绍了一种基于FPGA的大规模矩阵开关设计方案。该设计采用FPGA作为实现控制逻辑的核心部件，采用单片机控制FPGA的配置和工作过程。文中给出了具体的硬件电路设计，重点介绍了单片机的软件设计思路和FPGA的内部编程实现。该方案具有开关规模大、成本低、通用性强等特点，可广泛应用于PXI等大规模测试系统中。